高中化学计算题

矿物胆矾就是CuSO₄·5H₂O，当它溶于水渗入地下，遇到黄铁矿（FeS₂），铜将以辉铜矿（Cu₂S）的形式沉积下来；而反应得到的铁和硫则进入水溶液，该溶液无臭味，透明不浑浊，绿色，呈强酸性，在有的矿区常可见到这种具有强腐蚀性的地下水（俗称黑水）渗出地面，上述反应可以用一个化学方程式来表示，试写出配平的化学方程式。

草酸是一种重要的试剂。下面是利用草酸探究浓度对反应速率影响的实验。
（1）为证明浓度对反应速率的影响，曾有教科书《化学反应原理》设计了如下实验：取两支试管，各加入4mL0.01mol·L^-1的KMnO₄酸性溶液，分别向其中加入0.1 mol·L^-1、0.2 mol·L^-1 H₂C₂O₄溶液2mL，记录溶液褪色所需时间。
实验中发生反应的离子方程式为：；
预期现象是：
①溶液的颜色由色变为色，
②其中加入mol·L^-1H₂C₂O₄的那支试管中的溶液先变色。
然而实验结果并不尽如人意。实验过程颜色复杂，且褪色先缓慢，后逐渐加快；最大的问题是草酸浓度大，反应速率却更慢。
本实验能否作为课堂实验研究浓度对化学反应速率的影响？适宜的条件是怎样的？某校一研究小组对此进行了探究。下面是他们的实验报告的一部分：
表1　试验安排及结果

实验 编号	A（KMnO4溶液浓度/mol·L^-1）	B（草酸溶液浓度/mol·L^-1）	C（硫酸溶液浓度/mol·L^-1）	褪色时间/s
1	3	3	1	336
2	1	2	3	82
3	3	1	3	76
4	1	3	2	133
5	2	3	3	102
6	3	2	2	156
7	2	2	1	300
8	2	1	2	115
9	1	1	1	200

应用SPSS16.0对正交试验结果进行方差分析，结果如下表
表2　各因素水平的数据处理结果

	A（KMnO4溶液）	B（草酸溶液）	C（硫酸溶液）
浓度/mol·L^-1	0.005	0.010	0.015	0.1	0.5	0.9	6	12	18
平均褪色时间/s	138.3	172.3	189.3	130.3	179.3	190.3	278.7	134.7	86.7

（2）由表2可知，三因素中，的浓度（选填“A、B或C”，下空同）对反应速率影响显著，而的浓度对反应速率的影响不显著。
（3）由表2可知，当高锰酸钾浓度为mol·L^-1、草酸浓度为mol·L^-1时，反应最快。即因素A、B的较适宜实验条件得以确定。
根据以上实验结果，该小组同学继续探究硫酸的浓度是怎样影响本反应速率的，测得如下实验结果：
表3　不同硫酸浓度下的褪色时间

c(H2SO4)/mol·L^-1	18	16	14	12	10	8	6
褪色时间/s	67	83	90	103	129	146	200

（4）根据课堂实验的合适时间，可选溶液的褪色时间约为1分钟和2分钟的两份溶液，即此时硫酸的浓度为mol·L^-1和mol·L^-1，这也有利于观察这两个反应速率的差异。
结论：草酸与酸性高锰酸钾溶液的反应，可作为课堂实验探究浓度对反应速率的影响。

（1）金属锰可以用四氧化三锰为原料通过铝热法来制备。试写出配平的化学方程式。
（2）CS₂是一种有恶臭的液体，把它滴入硫酸酸化的高锰酸钾水溶液，将析出硫磺，同时放出CO₂，写出配平的化学式方程式。

恒温下，将xmolN₂与ymolH₂的混合气体通入一个容积为1L的密闭容器中，发生如下反应：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)。
（1）若反应到达某时刻t时，n_t(H₂)=9mol，n_t(NH₃)=4mol，计算y的值。
（2）反应达平衡时，混合气体的体积为672L（标准状况下），其中NH₃的含量（体积分数）为20%，计算平衡时NH₃的物质的量及平衡常数K（保留2位有效数字）。

在星际云中发现一种高度对称的有机分子（Z），在紫外辐射或加热下可转化为其他许多生命前物质，这些事实支持了生命来自星际的假说。有人认为，Z的形成过程如下：（1）星际分子CH₂=NH聚合生成X；（2）X 与甲醛加成得到Y（分子式C₆H₁₅O₃N₃）；（3）Y与氨（摩尔比1:1）脱水缩合得到Z 。试写出X、Y和Z的结构简式。

工业上用丁烷氧化法制醋酸，反应的化学方程式可表示为：
2C₄H₁₀＋5O₂4CH₃COOH＋2H₂O
现用58吨丁烷为原料制取醋酸，求：
（1）理论上需要标准状况下的空气m³（设空气中O₂、N₂的体积分数分别为0.2、0.8），同时生成水吨。
（2）若生成的醋酸溶解在生成的水中，所得醋酸的质量分数为%。
（3）若同时生产质量分数为100%的冰醋酸m₁吨和质量分数为50%的醋酸m₂吨，且，需补充水y吨，则y与x的关系式为（用含x的代数式表示y）；若不补充水，则m₁＋m₂＝。

碱式碳酸镁[Mg_x(CO₃)_y(OH)_z•nH₂O表示]密度小，几乎不溶于水，但在水中引起轻微的碱性反应。不溶于乙醇，常温下不会分解，是橡胶制品的优良填料。工艺流程如下图：

（1）回答下列问题：
①生石灰是以石灰石与焦炭混合煅烧生成，焦炭的作用是： 。
②氢氧化镁浆液与CO₂反应的化学方程式为： 。
③碱式碳酸镁用乙醇洗涤的目的是： 。
（2）某同学将4.66g碱式碳酸镁样品置于硬质玻璃管中充分灼烧至恒重，将产生的气体先通过足量的浓硫酸，再通过足量的碱石灰，碱石灰质量增重1.76g。样品的固体残留率（固体样品的剩余质量/固体样品的起始质量×100%）随温度的变化如图所示。根据以上实验数据计算碱式碳酸铝镁样品中的n(OH^－): n(CO₃^2－)（写出计算过程）。

氢气的生产、存储是氢能应用的核心。目前较成熟的生产、存储路线之一为：利用CH ₃OH和H ₂O在某Cu/Zn﹣Al催化剂存在下生产H ₂，H ₂与Mg在一定条件下制得储氢物质X。

回答问题：

（1）Al在周期表中的位置 　　。基态Zn的价层电子排布式 　　。

（2）水分子中氧原子的杂化轨道类型 　　。

（3）键能是衡量共价键稳定性的参数之一。 CH ₃OH键参数中有 　　种键能数据。CH ₃OH可以与水以任意比例互溶的原因是 　　。

（4）X的晶胞结构如图所示（晶胞参数：α＝β＝γ＝90°，a＝b＝450.25pm），密度为1.4g•cm ^{﹣ 3}，H ^﹣的配位数为 　　，X的储氢质量分数是 　　，c＝ 　　pm （列出计算式即可）。

将6g的铁粉加入200mL Fe₂(SO₄)₃和CuSO₄的混合溶液，充分反应得到200mL 0.5mol/LFeSO₄溶液和5.2g固体沉淀物。试计算
（1）反应后生成铜的质量；
（2）原Fe₂(SO₄)₃溶液的物质的量浓度。

某厂每天产生800m³含氮的废水（NH₃的含量为168mg∙L^-1）。该厂处理废水的方法是：将废水加热得到NH₃，使废水中NH₃的含量降为15mg∙L^-1（假设废水处理前后体积不变）。再对加热蒸发得到的NH₃进一步处理制取硝酸。
（1）制取硝酸过程中主要发生反应如下：①_________________，②4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃。反应①是氨气在一定条件下被氧气氧化，请在横线上写出该反应的化学方程式。
（2）该厂每天通过加热蒸发可得到NH₃的物质的量是__________________。
（3）若在反应①中N元素损失10%，则该厂每天可生产硝酸多少吨？（写出计算过程，结果保留2位小数）

氢气是化工行业重要原料之一。
（1）电解饱和食盐水是生产H₂的方法之一。常温下，电解250 mL饱和食盐水一段时间后，溶液质量减轻0．365 g(假设气体全部逸出)。生成的氢气在标准状况下的体积为 mL。
（2）在电弧炉中，甲烷裂解产生乙炔和氢气，若1 m³ 甲烷经此过程生成0．27 m³氢气_­，则甲烷的裂解率为 %(体积均在相同条件下测定)。
（3）已知：C_xH_y + H₂O → CO + CO₂ + H₂(未配平)。工业上用甲烷、乙烷的混合气体利用上述反应生产氢气，反应后气体经干燥组成如下表所示：

组分	CO	CO2	H2
体积分数	20%	5%	75%

计算原混合气体中甲烷与乙烷的物质的量之比。
（4）合成氨生产过程中，消耗氮氢混合气2000 m³(其中CH₄的体积分数为0．112%，下同)，分离液氨后的氮氢混合气中含CH₄ 2．8%。计算分离出液氨为多少吨(保留2位小数，所有体积均已折算至标准状况)。

碱式碳酸铝镁[Mg_aAl_b（OH）_c（CO₃）_d·xH₂O]常用作塑料阻燃剂。
（1）碱式碳酸铝镁具有阻燃作用，是由于其受热分解需吸收大量热量和 。
（2）Mg_aAl_b（OH）_c（CO₃）_d·xH₂O中a、b、c、d的代数关系式为 。
（3）为确定碱式碳酸铝镁的组成，进行如下实验：
①准确称取3.390g样品与足量稀盐酸充分反应，生成CO₂0.560L（已换算成标准状况下）。②另取一定量样品在空气中加热，样品的固体残留率（固体样品的剩余质量/固体样品的起始质量×100%）随温度的变化如右图所示（样品在270⁰C时已完全失去结晶水，600⁰C以上残留固体为金属氧化物的混合物）。
根据以上实验数据计算碱式碳酸铝镁样品中的n（OH^－）: n（CO₃^2－）（写出计算过程）。

通常情况下，CO与O₂的混合气体m L，用电火花引燃后体积变为n L(在相同条件下测定)。
（1）试确定原混合气体中CO与O₂的体积。
（2）若反应后的气体密度在相同条件下为氢气的15倍时，试确定反应气体的组成及体积之比。

(12分)化学需氧量(COD)常作为衡量水体中有机物含量多少的指标。某化学课外小组的同学拟采用碱性高锰酸钾溶液测定某海水试样的COD，实验流程如下：

已知：①弱碱性条件下MnO₄^-被还原性物质还原为MnO₂
②10I^-+2MnO₄^-+16H⁺=5I₂+2Mn²⁺+8H₂O
③2S₂O₃^2-+I₂=2I^-+S₄O₆^2-
（1）测定海水试样的COD，采用碱性高锰酸钾溶液而不采用酸性高锰酸钾溶液，其可能原因是。
（2）氧化后的水样煮沸后，需冷却并在暗处再加入KI和硫酸，需在暗处的原因是。用Na₂S₂O₃，标准溶液滴定，终点时溶液颜色的变化是。
（3）滴定到终点时消耗Na₂S₂O₃标准溶液10.00mL。根据以上实验数据计算海水试样的COD(用每升水样相当于消耗多少毫克O₂表示，单位：mg•L^-1)(写出计算过程)。

在m L b mol·L^－1 AlCl₃溶液中，加入等体积a mol·L^－1的NaOH溶液。
（1）当a≤3b时，生成Al(OH)₃沉淀的物质的量是___________mol。
（2）当a、b满足_____________条件时，无沉淀生成。
（3）当a、b满足___________条件时，有沉淀生成且溶液中无Al^3＋存在，生成Al(OH)₃沉淀的物质的量是________ mol。